CN108058796B - 一种海空两栖无人平台及其操作方法 - Google Patents

一种海空两栖无人平台及其操作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种海空两栖无人平台及其操作方法，包括扁平的平台主体、电源动力系统、浮力调节系统、控制系统和翼形调整系统，所述平台主体两侧对称连接可折叠的副翼，尾端连接尾翼结构，所述尾翼包括水平折叠尾翼和垂直尾翼舵，所述浮力调节系统包括设置在平台主体上的压载水舱，所述压载水舱上下分别设置进出气孔和进出水孔，且压载水舱连接潜水泵，所述平台主体前端设置可向平台主体斜后下方喷射的推进器，所述电源动力系统和控制系统均电连潜水泵、翼形调整系统以及推进器，所述海空两栖无人平台可集空中飞行、水面航行、水下航行/滑翔功能于一体，且水面滑行起飞时可在无人平台下形成气垫，从而有效增加了起飞重量和载荷，同时节省动力。

Description

一种海空两栖无人平台及其操作方法
技术领域
本发明涉及航行器，尤其涉及一种海空两栖无人平台及其操作方法。
背景技术
海空两栖跨域无人平台是一种既能在天上飞，又能在水面及水下潜行的新型飞行器。作为单一作战武器它具有很好的隐身性能，可以作为突破敌方防线的利器，也可以与潜艇等其它平台配合使用。潜航飞行器在空中飞行一定的距离后，可降落到水面，在水上游弋一段距离后潜入水中，可实现水下潜行，具有飞行模式、水面航行模式和潜水模式快速转换功能。突出的特点是具备多模式作战能力，机动灵活，突防能力强、隐蔽性好。此外，还具有环境适应性好和续航时间长等特点。
海空两栖无人平台综合了飞机、舰艇和潜艇的优点，集高速性、隐蔽性和攻击性于一身，既可在水下机动，从水下、水上发起攻击，也可贴海飞行，实施隐蔽精确打击，可有效利用雷达和各种探测设备的盲区，对敌方海上目标发动突袭，从而圆满完成海上突袭、打击等作战任务。
海空两栖跨域无人平台兼具无人驾驶航空器UAV(unmanned aerial vehicle)和无人驾驶潜航器UUV(unmanned underwater vehicle)的功能与特点。
作为水下潜航器，要求海空两栖跨域无人平台具有水密性和一定的耐压性，而作为航空器有要求机体极其轻便。当机体和载荷较重时，海空两栖跨域无人平台直接从水面或从水下穿越水面到空中飞行的困难很大，需要在水面滑行起飞。
水下无人自主航行器AUV(autonomous underwater vehicle)与水下滑翔机AUG(autonomous underwater glider)是两种不同的UUV，AUG利用滑行面，重力(心)与浮力(心)的调节，局部行程辅以推进器驱动，利用操控面操纵，实现水下爬升与俯冲的交错向前运动，其行进速度低，但功耗极低、航程远。而AUV则利用推进器驱动，水下航行速度相对较高，但能耗较大，航程较短。
发明内容
本申请人针对以上缺点，进行了研究改进，提供一种海空两栖无人平台。
本发明所采用的技术方案如下：
一种海空两栖无人平台，包括扁平的平台主体、电源动力系统、浮力调节系统、控制系统和翼形调整系统，所述平台主体两侧对称连接可折叠的副翼，尾端连接尾翼结构，所述尾翼包括水平折叠尾翼和垂直尾翼舵，所述浮力调节系统包括设置在平台主体上的压载水舱，所述压载水舱上下分别设置进出气孔和进出水孔，且压载水舱连接潜水泵，所述平台主体前端设置可向平台主体斜后下方喷射的推进器，所述电源动力系统和控制系统均电连潜水泵、翼形调整系统以及推进器。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述推进器为涵道推进器，所述涵道推进器包括倾斜向后下的涵道和设置在涵道内的螺旋桨，所述平台主体两侧对称设置两组涵道推进器。
所述平台主体底面呈S型。
一种海空两栖无人平台操作方法，包括以下操作步骤；
水面滑行起飞：控制系统控制潜水泵将压载水舱内的压载水排出，平台主体浮出水面，翼形调整系统控制两侧副翼和尾翼折叠，形成非固定式气腔，推进器喷射水气，在非固定式气腔内形成非固定式气垫，加速水面滑行，随着滑行速度增大，升力逐渐增加克服重力后起飞，翼形调整系统控制折叠副翼和尾翼逐渐打开，最终以飞翼形态空中飞行；
进行空中飞行与机动：无人平台可采用尾翼控制其俯仰运动，采用垂直尾翼舵控制其航向，利用两侧副翼控制其转向运动；
空中降落水面与潜水：空中飞行的无人平台逐渐下降并逐步推进器的推动力及飞行速度，与此同时逐步折叠其副翼和尾翼，形成气垫，在气垫状态下在水面滑行一段距离后，降落于水面，副翼与尾翼逐步伸展，同时，潜水泵工作向压载水舱抽水以加速进水，使无人平台逐渐潜入水下；
水下自主航行：无人平台在水下由推进器低速推进，可水下自主航行，调整尾翼角度，可实现无人平台水下俯仰运动，调节垂直尾翼舵的角度，无人平台可实现在水下水平面内转向运动；
水下滑行前进：包括爬升和俯冲两个过程，调整尾翼至正攻角，调整重心与浮心位置使平台主体抬头，推进器低速推进，上升到一定高度后推进器停止工作；向下俯冲时，调整尾翼至负攻角，调整重心与浮心位置使平台主体低头，无需推进器工作，无人平台即可在水下可低速滑行前进，无人平台下降到底部后再开机爬升，然后再停机俯冲滑行。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述无人平台两个推进器以差动方式动作，可实现无人平台在水平面内转向运动。
本发明的有益效果如下：所述海空两栖无人平台集飞行、水面航行、水下航行/滑翔功能于一体，且通过副翼纵向折叠，尾翼横向折叠，可在平台主体下方形成非固定式气室，在通过涵道式推进器可向非固定式气室喷入气水，形成非固定式气垫，可有效地降低起飞阶段无人平台的阻力，从而有效增加了起飞重量和载荷，同时节省动力。另外，利用本无人平台扁平型及宽大翼身的特点，可实现水下低速、远航程滑翔，可执行AUV与AUG多模式任务。
附图说明
图1为本发明提供的海空两栖无人平台的俯视图。
图2为本发明提供的海空两栖无人平台的剖视图
图3为本发明提供的海空两栖无人平台副翼和尾翼折叠示意图。
图4为本发明提供的海空两栖无人平台滑翔受力示意图。
图中：1、平台主体；2、副翼；3、尾翼；4、垂直尾翼舵；5、压载水舱；51、进出气孔；52、进出水孔；6、潜水泵；7、涵道推进器；71、涵道；72、螺旋桨。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1至图4所示，本实施例的海空两栖无人平台，包括扁平的平台主体1、电源动力系统、浮力调节系统、控制系统和翼形调整系统，平台主体1底面呈S型，平台主体1两侧对称连接可折叠的副翼2，尾端连接尾翼结构，尾翼结构包括水平折叠尾翼3和垂直尾翼舵4，浮力调节系统包括设置在平台主体1上的压载水舱5，压载水舱5上下分别设置进出气孔51和进出水孔52，且压载水舱5连接潜水泵6，平台主体1前端设置可向平台主体1斜后下方喷射的涵道推进器7，涵道推进器7包括倾斜向后下的涵道71和设置在涵道71内的螺旋桨72，电源动力系统和控制系统均电连潜水泵6、翼形调整系统以及涵道推进器7内的螺旋桨72。
所述海空两栖无人平台包括水面滑行起飞、空中飞行与机动、空中降落水面与潜水、水下自主航行和水下滑翔前进几个步骤：进行水面滑行起飞时，控制系统控制潜水泵6将压载水舱5内的压载水排出，平台主体1浮出水面，翼形调整系统控制两侧副翼2主要沿纵向(X方向)折叠，尾部的尾翼3沿横向(Y方向)折叠，折叠两侧副翼2和尾翼3，形成非固定式气腔，涵道71内的螺旋桨72逐渐增加转速，旋转产生气、水混合物射流斜向下方喷射并形成气垫，加速水面滑行，随着滑行速度增大，升力逐渐增加克服重力后起飞，翼形调整系统控制折叠副翼2和尾翼3逐渐打开，最终以飞翼形态空中飞行；进行空中飞行与机动时，无人平台可采用尾翼3控制其俯仰运动，采用垂直尾翼舵4控制其航向，利用两侧副翼2控制其转向运动，另外，通过调节两个涵道推进器7内螺旋桨72的转速以差动方式，也可以实现无人平台在水平面内转向运动；进行空中降落水面与潜水时，空中飞行的无人平台逐渐下降并逐步降低涵道推进器7内螺旋桨72的转速及飞行速度，与此同时逐步折叠其副翼2和尾翼3，在气垫状态下在水面滑行一段距离后，降落于水面，副翼2与尾翼3逐步伸展，同时，潜水泵6工作向压载水舱5抽水以加速进水，使无人平台逐渐潜入水下；进行水下自主航行时，无人平台在水下由涵道推进器7内螺旋桨72低转速推进，可水下自主航行，调整尾翼3角度，可实现无人平台水下俯仰运动，调节垂直尾翼舵4的角度，无人平台可实现在水下水平面内转向运动；进行水下滑行前进时，包括爬升和俯冲两个过程，在水下向上爬升时，调整尾翼3至正攻角，调整重心与浮心位置使平台主体1抬头，螺旋桨72以极低速旋转推进，上升到一定高度后螺旋桨72停止工作；向下俯冲时，调整尾翼3至负攻角，调整重心与浮心位置使平台主体1低头，无需螺旋桨72工作，无人平台即可在水下可低速滑行前进，无人平台下降到底部后再开机爬升，然后再停机俯冲滑行，如此重复。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (3)

1.一种海空两栖无人平台，其特征在于：包括扁平的平台主体(1)、电源动力系统、浮力调节系统、控制系统和翼形调整系统，所述平台主体(1)两侧对称连接可折叠的副翼(2)，尾端连接尾翼结构，所述尾翼包括水平折叠尾翼(3)和垂直尾翼舵(4)，所述浮力调节系统包括设置在平台主体(1)上的压载水舱(5)，所述压载水舱(5)上下分别设置进出气孔(51)和进出水孔(52)，且压载水舱(5)连接潜水泵(6)，所述平台主体(1)前端设置可向平台主体(1)斜后下方喷射的推进器，所述电源动力系统和控制系统均电连潜水泵(6)、翼形调整系统以及推进器；所述推进器为涵道推进器(7)，所述涵道推进器(7)包括倾斜向后下的涵道(71)和设置在涵道内的螺旋桨(72)，所述平台主体(1)两侧对称设置两组涵道推进器(7)；所述平台主体(1)底面呈S型；通过翼形调整系统控制两侧副翼(2)沿纵向方向折叠，尾翼(3)沿横向方向折叠，折叠两侧副翼(2)和尾翼(3)，与平台主体(1)形成非固定式气腔。
2.一种利用权利要求1所述的海空两栖无人平台的操作方法，其特征在于：包括以下操作步骤；
水面滑行起飞：控制系统控制潜水泵(6)将压载水舱(5)内的压载水排出，平台主体(1)浮出水面，翼形调整系统控制两侧副翼(2)和尾翼(3)折叠，形成非固定式气腔，推进器喷射水气，在非固定式气腔内形成非固定式气垫，加速水面滑行，随着滑行速度增大，升力逐渐增加克服重力后起飞，翼形调整系统控制折叠副翼(2)和尾翼(3)逐渐打开，最终以飞翼形态空中飞行；
进行空中飞行与机动：无人平台采用尾翼(3)控制其俯仰运动，采用垂直尾翼舵(4)控制其航向，利用两侧副翼(2)控制其转向运动；
空中降落水面与潜水：空中飞行的无人平台逐渐下降并降低推进器的推动力及飞行速度，与此同时逐步折叠其副翼(2)和尾翼(3)，形成气垫，在气垫状态下在水面滑行一段距离后，降落于水面，副翼(2)与尾翼(3)逐步伸展，同时，潜水泵(6)工作向压载水舱(5)抽水以加速进水，使无人平台逐渐潜入水下；
水下自主航行：无人平台在水下由推进器低速推进，可水下自主航行，调整尾翼(3)角度，可实现无人平台水下俯仰运动，调节垂直尾翼舵(4)的角度，无人平台可实现在水下水平面内转向运动；
水下滑行前进：包括爬升和俯冲两个过程，调整尾翼(3)至正攻角，调整重心与浮心位置使平台主体(1)抬头，推进器低速推进，上升到一定高度后推进器停止工作；向下俯冲时，调整尾翼(3)至负攻角，调整重心与浮心位置使平台主体(1)低头，无需推进器工作，无人平台即可在水下低速滑行前进，无人平台下降到底部后再开机爬升，然后再停机俯冲滑行。
3.根据权利要求2所述的海空两栖无人平台操作方法，其特征在于：无人平台两组推进器以差动方式动作，可实现无人平台在水平面内转向运动。
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